严 鑫

（晋能控股煤业集团白洞矿业公司，山西 大同 037001）

白洞矿由于其工作面开采时矿压较大、系统稳定性差，加上采煤工艺复杂、大型机械设备较多，容易造成控制系统时效性差，不利于工作面开采。为了对采煤工作面各个控制系统及机械设备进行统一管理，决定搭建智能化综采工作面，将所有的采煤设备看作一个完整的系统，对各项关键技术进行准确把握和控制，每个单独的机械设备都是系统的一部分，通过系统配套集控中心，实现对采煤设备的统一管控，提升智能化水平[1-2]。智能化自动采煤系统架构如图1所示。

图1 智能化自动采煤系统架构

1 工作面概况

白洞矿设计能力为0.90 Mt/a，井田南北走向长度为2 000～3 000 m，东西倾斜长度为3 100～3 900 m，井田面积为9.85 km2，可开采煤炭储量为85.742 Mt。目前主要开采的是3#煤层，可开采煤炭储量为11.043 Mt，煤层厚度为5.0～5.9 m，平均5.6 m，煤层倾角为0°～8°，平均5°。该工作面面长为280 m，采用“两进一回”的“Y型”通风方式（进风顺槽为沿空留巷），即在工作面上布置有一条胶带进风顺槽、一条辅助进风巷和一条回风顺槽。

2 智能化采煤系统

通过设计智能化自动采煤集中控制系统，实现对采煤设备的实时监测和自动控制，采用综合化自动采煤方式，实现远程自动采煤、就地手动干预的目标[3]。采用智能化自动开采技术后，大幅减少了综采工作面上的操作工人，提高了工作效率，确保井下安全、高效开采。

装备配套情况：智能化综采工作面的装备配套包括1台采煤机，型号为MG750/1815-GWD，1台刮板输送机，型号为SGZ-1000/2×1200/280，1台转载机，型号为SZZ-1200/700，1台破碎机，型号为PLM3500，1台自移机尾，型号为12PZY2700，1套智能化系统，1套BRW400/31.5X智能乳化液泵站，1套BPW500/16智能喷雾泵站，2个QJZ-2000/1140-8组合开关，1套SAC支架电液控，2套KBSGZY-1250移动变电站，3套ZJT-500/1140隔爆本安型变频调速装置，1套供配电集中监测系统[4-6]。

3 智能化采煤技术分析

3.1 三机配套技术

工作面在遇断层时截割量较大，对采煤机的装机功率要求较大、机面高度要求较高、运煤量要求较大。采用双截割采煤机可以满足大功率要求，同时降低机面的高度，增加过煤空间。由于工作面的煤层厚度不一样，如变化幅度较大，要确保机巷的高度达到2.5 m以上。

在三机配套完成后，如果输送机的机头超过煤壁，超出距离在1.2～1.4 m时输送机的机头处于悬空状态，此时通过输送机的中部槽变线来控制机头超出煤壁的距离，一般控制在800 mm。将机头整体当作一个刚性结构，在机头和机尾处都增加一块与底板平行的大拖架，通过过渡支架的推移装置实现机头、机尾的推移。

按照自动推移输送机程序，应确保机巷有足够的卧底量；另外，工作面输送机的中部槽应采用异型结构，卧底量足够，便于清理浮煤。

3.2 自动跟机移架、推溜技术

在智能化自动采煤控制系统中，关键的核心技术是实现对液压支架的自动跟机移架和推溜技术。要确保在工作过程中液压支架跟机移架到位，液压支架顶梁与煤层顶板完全接触，且输送机的弯曲段不蹩卡。

采用综合双向跟机自动化、三角区全截深割煤、先推移刮板输送机后移架模式的割煤工艺，其一个完整循环过程如图2所示，整个循环过程分为10个阶段，其中1～4号和6～9号属于三角区割煤阶段，5和10号为工作面中部割煤阶段。

图2 跟机自动化周期循环作业阶段

在支架自动跟机移架时，采用擦顶移架方式[7]，按照降架—移架—升架的顺序进行。按照时间控制方式，精确控制立柱运动时间以及平衡缸动作时间，在支架脱离顶板后不再进行降架，始终保持支架梁板与地面平行，然后抬底翘起支架底座前段，完成拉架动作，待支架移动到准确位置后抬升立柱和平衡缸，让支架顶部与顶板完全接触。

在自动推溜支架时，采取步进式推溜方式，推溜的距离是由支架自动推溜的时间和行程来决定的。一次推溜10架支架，采煤机每次过一架支架，待走过10架支架后，增加一架支架进行推溜。通过检测行程数据和观察视频系统，局部调整不到位的支架，确保输送机移动在一条直线上。自动推溜的工作流程如图3所示。

图3 推溜工作流程

3.3 无人值守运输技术

在智能化自动采煤系统中，通过集控中心远程控制沿线的机械设备，完成对设备的启停控制和自动监测。转载机和自移机尾同步工作，配合带式输送机液压张紧装置，转载机每割一刀煤向前移动800 mm，经过三次移动后，转载机共向前移动2.4 m，并自动收带。带式输送机采用的是永磁直驱系统[8]，可以根据割煤量的大小及时调整输送机的速度，达到节能降耗的效果。通过集控中心实现设备的协同控制、在线监测和无人值守。

3.4 水处理技术

在智能化自动采煤系统中，水处理系统显得尤为重要，其中水质和乳化液是关键因素，必须对其进行有效管理。

水处理系统。在矿井地面建设污水处理站，每小时处理约100 t污水。经处理的用水达到生产标准后，将其储存在200 t水池内，并用多级泵将合格的水抽到新建的100 t水池中，供远程集中供配液系统使用，输送距离约10 000 m，可以有效地保证原水水质。在集中供配液系统中，对原水进行二次处理，通过反渗透加药处理装置，使三级过滤水量达4 t/h，二级过滤水量达20 t/h，可以满足远程喷雾系统的使用要求。

防污染管理。先对液压支架所用的油缸进行去铁屑、油污等清理，再进行油缸装配，装配完成后调试供液阀，使用现场的浓缩液进行调试，避免二次污染。在装配液压系统时，对各路管件、密封件、阀组等进行去毛刺、油污和防锈等处理，确保表面光滑干净。在工作面安装过程中，先安装水处理系统及相应管路，并对液压接头进行保护，防止外界污染。通过这些举措，有效地解决液压系统的水质污染问题，为智能化自动采煤提供保障。

4 使用效果

1）提高井下作业的安全性。通过地面或井下远程操控，实现了在线监测和无人值守，现场只需2人巡检，做到了“少人则安、无人则安”。

2）提高井下作业的舒适度。工作面行走宽度由原来的0.6 m增至1.6 m，增加了安全空间。工作面上采用LED灯照明，全过程实现自动化喷雾，生产环境得以改善。

3）提高煤炭资源的回收率。资源回收率达99%，混煤热值提高近400大卡/千克，年可创效2 100万元。

4）提高企业的生产效益。工作效率大幅提升，较传统装备产量提高了一倍。单班工作面的操作人员由原来的15人大幅减少至5人，回采工效从189 t/工提高到227 t/工。通过降低采高、提升煤质、减人提效，年可增效4 300余万元。

5）提高企业员工的素质。采用智能化装备，提升了一线生产工人的业务技能素质，采用“定向式、订单式、定标式”的培训模式，通过到厂家学习以及邀请厂家技术人员现场辅导、示范等教学，增强现场实操和解决实际问题的能力，现场设备故障率和影响生产时间同比下降40%以上，职工“三违”率同比下降30%，均创出多年最低水平。

5 结语

通过初步探讨智能化采煤技术，力图提升智能化综采设备的可靠性和准确性；白洞矿通过地面与井下工作面联调，在采用智能化自动采煤技术后，与原综采工作面采煤技术相比，单班工作面的操作人员由原来的15人大幅减少至5人，年节约人工成本约750万元，开采自动化程度得到大幅提高，回采工效也从189 t/工提高到227 t/工，生产效率也得到明显提高。